精益研發體系建設探討

林量才，姜瑞金，劉 鍇，任麗娟

(中車長江運輸設備集團有限公司，湖北 武漢 430212)

產品研發占整個產品成本的5%,但對產品產生70%的影響，這種影響包括成本、利潤、質量、性能和交付效率等。因此，從產品全壽命周期來看，產品研發對于保證產品性能和質量、為企業和用戶創造更多價值具有關鍵作用[1]。

為實現產品在全壽命周期內的最大價值，目前，許多企業大力開展精益研發體系建設。但由于自身特點和歷史傳承，各企業建設的精益研發體系型式多種多樣，本文就中車長江運輸設備集團有限公司精益研發體系的建設為例來進行探討。

1 精益研發體系總體架構

精益研發源于“精益生產”的啟發，基本特征是研發管理“精細化”和產品設計“精品化”[1]。研發管理“精細化”是以標準化研發任務實施流程為導向，通過任務驅動、研發協同及指標目標牽引，對研發進度、交付物、過程質量等進行實時監控。產品設計“精品化”是從需求入手開展系統設計，通過知識重用、數據分析、仿真優化、試驗驗證等在不顯著增加投入的前提下提高研發效率和設計質量[2]。

精益研發體系包括精益研發信息化平臺及基于平臺運行的精益研發數據體系，核心是應用信息化技術將研發流程、知識、數據等信息顯性化、標準化和數字化，將研發工具、質量要求、知識數據和過程數據嵌入流程中與研發任務融合起來，打通各子系統數據，從而實現研發管理“精細化”和產品設計“精品化”。精益研發體系的總體架構如圖1所示。

圖1 精益研發體系總體架構

2 精益研發信息化平臺

精益研發信息化平臺是集研發門戶、產品研發任務管理、數字化協同設計、仿真、試驗管理、產品模塊管理等系統為一體，并鏈接標準化信息、知識產權管理、科創資源、科技情報等系統應用的信息化管理與技術平臺。其以協同設計系統為核心，以研發任務管理為驅動，把研發工具、研發流程、研發數據、研發知識等集成連接在一起，實現知識重用和資源共享，形成多專業、多地點和多點研發協同與快速設計能力，并打通與工藝設計平臺、ERP、MES等系統數據的連接通道，消除數據孤島，實現從產品研發到生產制造的集成應用[3]。

2.1 研發門戶系統

研發門戶系統為精益研發信息化平臺入口，集成和鏈接所有產品研發核心業務子系統，并基于各子系統開展產品研發數據歸集分析，展示動態可視化的多項目一覽表，實時滾動播報項目進度、過程質量、交付物、發生費用、異常預警等情況及項目和任務執行人的工作績效分數，實現項目總體及分任務的狀態信息跟蹤。

2.2 研發任務管理系統

研發任務管理系統將研發的典型業務流程固化于系統中，以標準化流程為導向，以任務工作包為驅動，管理和監控研發流程任務節點與交付物狀態，對項目的全過程進行計劃、組織、協調、監控、評價，實現了任務的分解和管控、信息動態展示、過程質量和績效評價，讓企業各級管理人員實時了解任務執行和資源利用情況。該系統分為項目管理、任務流程管理、監控統計3個部分，研發任務管理系統功能架構如圖2所示。

圖2 研發任務管理系統功能架構

2.3 協同設計系統

協同設計系統主要包括基于MBD的三維結構設計系統、PLM系統等。協同設計系統功能框架如圖3所示[4]。

圖3 協同設計系統功能框架圖

圖4 協同仿真平臺業務邏輯

三維結構設計系統無縫集成數字化協同設計工具，通過組件制作、過程模型定制等功能，為設計人員快速定制專業工具提供技術手段和方法，并提供包括任務執行環境、工具集成、工具管理、組件封裝等主要功能，實現工具與設計流程的集成和關聯，打造協同工作環境與協同設計模式。基于產品全三維設計、模塊應用、PTS模板參數化設計、超級裝配配置設計等產品協同研發，創建產品三維模型并進行數字化定義和裝配；并自動進入PLM系統按內置流程進行模型結構、材料、標準化、規范化、可裝配性檢查，控制和提高設計質量。

PLM系統構建協同設計系統數字化協同設計基礎環境，通過與CAD軟件的集成接口，按照CAD的BOM關系自動創建貫穿設計全過程且涵蓋產品總體結構、子系統、軟件數據的一體化BOM結構，建立覆蓋所有環節的技術狀態管控和基礎環境；通過集中管理分散在各業務環節的通用數據資源，構建滿足標準化、模塊化和平臺化設計需要的產品數據資源庫；通過單一數據庫環境，構建一個進行數據交換、集中集成、安全的軟硬件平臺；通過統一標準的接口語言，整合上下游各業務系統數據，實現緊密集成和聯通，消除信息化平臺的信息和數據孤島。

2.4 協同仿真平臺

協同仿真平臺分為展示層、管控層和支撐層，基于項目仿真任務工作包實現仿真分析任務書下達、項目創建、流程定義、文檔模板定制、任務分解實施、過程監控及數據管理等全過程管理功能[5]。并具有與研發任務管理系統、PLM系統、試驗管理系統等進行集成的標準接口，實現了仿真分析數據與設計、試驗數據的協同管理和關聯。協同仿真平臺業務邏輯如圖4所示。

2.5 試驗管理系統

試驗管理系統包括試驗任務管理、試驗資源管理、試驗體系管理等子系統。基于企業試驗裝備與體系可實現試驗資源和體系管理功能，基于項目試驗任務能實現試驗任務書下達、項目創建、流程定義、文檔定制、任務分解實施、資源配置、過程監控及數據管理等全過程管理功能。并建立與PLM系統和協同仿真平臺(AWE)接口，實現試驗數據與設計和仿真分析數據協同管理及關聯。試驗管理系統業務邏輯如圖5所示。

2.6 產品模塊管理系統

主要包括數據管理、模塊導航、模塊查詢和比選、標準件組合優選、模塊應用、模塊相似度檢查、模塊化指標統計分析等功能[6]。提供產品模塊瀏覽、搜索、推薦、基于設計參數的比選應用模式，并有成熟的集成接口與多種設計工具結合，可從協同設計系統直接調用模塊的三維模型或二維圖樣等數據，根據訂單或設計需求進行模塊選用或快速配置設計，生成產品BOM及初步設計方案。產品模塊管理系統業務邏輯如圖6所示。

圖5 試驗管理系統業務邏輯圖

圖6 產品模塊管理系統業務邏輯圖

3 精益研發數據體系

精益研發數據體系的核心是構建統一通用的數據編碼標準化規范和可驅動、可度量、可流轉、可創造價值的數據運行體系，實現產品數據的資產化。數據體系主要由研發數據、研發數據創建規則和數據運行管理制度等構成[6]。

3.1 研發數據

主要包括研發基礎數據、研發過程數據及產品型譜等，研發基礎數據是對歷年來產品研發成果不斷總結提煉所形成的共性和知識數據，主要有標準件、通用件、產品模塊、型材斷面、典型設計質量問題和運維故障數據、過程文檔模板等；研發過程數據是在研發任務實施過程中所生成的數據和文檔；產品型譜是將企業產品按相似性主要技術特征或參數進行分類歸集，并根據市場需求和技術發展趨勢對產品基本參數、結構型式和主要配置進行系列統型規劃所形成的產品系列，包括產品規劃系列和實例產品數據。產品型譜是構建產品平臺的重要基礎。研發數據按類型在PLM系統和研發門戶系統中分別建立相應的數據庫進行存儲、應用和維護管理。研發數據庫總架構如圖7所示。

圖7 研發數據庫總架構圖

3.2 研發數據創建規則

構建語義一致、統一通用的研發數據創建及編碼標準化規則，主要制定了《產品設計三維建模規范》、《產品設計二維制圖規范》、《產品圖樣及設計文件編號方法》、《產品數據代碼編寫規則》等。其中《產品設計三維建模規范》規定產品設計三維建模的術語和定義、三維建模原則、通用要求、裝配建模要求、文件命名規則、模型的檢查和提交、模型的發布和應用等；《產品設計二維制圖規范》規定產品設計二維工程圖的術語和定義、總體要求、基本要求、圖樣標注要求、文字注釋等；《產品圖樣及設計文件編號方法》規定產品圖樣及設計文件編號的總則、方法和基本要求；《產品數據代碼編寫規則》規定代碼的編寫原則和要求以及產品過程數據和基礎數據的代碼結構組成。

3.3 數據運行管理制度

構建基于精益研發信息化平臺運行和研發數據應用的管理制度，確保精益研發信息化平臺和數據有效運行，主要有《研發任務管理系統運行規范》、《產品模塊管理系統運行規范》、《產品研發數據庫管理細則》、《產品標準件和通用件管理細則》等。其中《研發任務管理系統運行規范》基于研發任務管理系統，構建研發任務標準化實施流程及以流程為導向、以WBS工作包為驅動的研發任務實施和過程管控機制，規范任務階段節點及交付文檔與數據，實時管控任務狀態及過程質量，實現研發過程任務流、工具流、信息流、數據流和知識流并行與協同；《產品模塊管理系統運行規范》基于產品模塊管理系統、PLM系統和協同設計系統，構建以產品模塊化和平臺化設計為核心的業務流程及產品模塊數據創建、存儲、應用、變更、升級管理機制；建立產品模塊數據運行通道，并對其有效性、適用性和充分性進行管控，切實推行產品模塊化、平臺化設計；《產品研發數據庫管理細則》基于PLM系統和研發門戶系統，構建涵蓋基礎數據、過程數據和產品型譜的研發數據庫架構及研發數據存儲、應用和維護管理機制，實現企業研發數據資源集成、共建共享和資產化；《產品標準件和通用件管理細則》基于PLM系統，構建產品標準件和通用件數據架構及創建和運行管理機制，實現企業產品標準件和通用件數據的共建共享和統一管理，為產品模塊化、平臺化設計提供支撐。

4 結束語

精益研發體系建設是一項復雜的工程，除了建設信息化應用平臺和數據體系外，實現落地運行并融入企業文化也是一項艱巨的工作。因此，為保證企業切實推行精益研發并取得成效，根據精益研發體系建設和運行經驗，提出4點建議：

(1) 持續開展研發基礎數據資源建設，為精益研發體系運行提供數據支撐；

(2) 對研發業務要素、人才和組織結構不斷進行優化和重構，為精益研發體系運行提供人才和組織保障；

(3) 大力培育精益研發理念和文化，增強研發人員的全局思維，激發推行精益研發的內生動力；

(4) 建立健全精益研發績效考評和激勵制度，將研發人員個人價值、企業價值和客戶價值融合在一起，通過價值共享實現導向驅動。